JPS6034286A - ア−ムの自重による負荷トルク軽減方法 - Google Patents
ア−ムの自重による負荷トルク軽減方法Info
- Publication number
- JPS6034286A JPS6034286A JP13943483A JP13943483A JPS6034286A JP S6034286 A JPS6034286 A JP S6034286A JP 13943483 A JP13943483 A JP 13943483A JP 13943483 A JP13943483 A JP 13943483A JP S6034286 A JPS6034286 A JP S6034286A
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- Japan
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- arm
- spring
- weight
- torque
- robot
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、関節形ロボットのアームに関して、該アーム
の自重による回転力を相殺してアーム駆動用アクチュエ
ータの負荷トルクを軽減する方法に関するものである。
の自重による回転力を相殺してアーム駆動用アクチュエ
ータの負荷トルクを軽減する方法に関するものである。
生産工程の自動化は年々進み、特に組立工程にロボット
を導入し、フレキシブルな自動化を行う試みが盛んに行
われている。これに用いられるロボットは設置スペース
に比較し大きな作業範囲のとれる関節形ロボットが多い
。
を導入し、フレキシブルな自動化を行う試みが盛んに行
われている。これに用いられるロボットは設置スペース
に比較し大きな作業範囲のとれる関節形ロボットが多い
。
第１図は上記関節形ロボットの概要的な機構説明図であ
る。この関節形ロボット１は、通常、旋回ペース２の上
に上腕３を回動自在に軸支し、この上腕３の先端部に前
腕４を、更にその先端部に手首部５をそれぞれ回動自在
に軸支した構造である。このため、上腕３の駆動用アク
チュエータ６および前腕４の駆動用アクチュエータ７は
、手首部５がワークを把持していない場合でも、上腕ろ
、前腕４の姿勢に応じて、姿勢保持のための所要出力が
変化する。
る。この関節形ロボット１は、通常、旋回ペース２の上
に上腕３を回動自在に軸支し、この上腕３の先端部に前
腕４を、更にその先端部に手首部５をそれぞれ回動自在
に軸支した構造である。このため、上腕３の駆動用アク
チュエータ６および前腕４の駆動用アクチュエータ７は
、手首部５がワークを把持していない場合でも、上腕ろ
、前腕４の姿勢に応じて、姿勢保持のための所要出力が
変化する。
第２図（イ）は、腕の自重によるトルクを示すための楔
形図、第２図［Ｆ］）は姿勢保持のための所要トルクと
腕の姿勢との関係を示す図表である。
形図、第２図［Ｆ］）は姿勢保持のための所要トルクと
腕の姿勢との関係を示す図表である。
腕１０の姿勢保持のためのトルクをＴとし、腕１０の自
重をＷｌ 回転軸１１から腕１０の重心１２までの距離をＬ、腕１
０の、垂直姿勢からの回転角をθ、とすると、Ｔ−”Ｗ
Ｌｓ石θの関係が成立する。
重をＷｌ 回転軸１１から腕１０の重心１２までの距離をＬ、腕１
０の、垂直姿勢からの回転角をθ、とすると、Ｔ−”Ｗ
Ｌｓ石θの関係が成立する。
θ−０°のとき、すなわち、腕が垂直のときの位置保持
トルクは零であるが、θ−９０°即ち腕が水平のときは
ａ＆なる。このように関節形ロボットでは腕の位置保持
のため、駆動用アクチュエータの選択にあたり、負荷の
保持・搬送（加速）トルクに加えて上記の様な腕の位置
保持トルクを加味−する必要がある。このためロボット
の部品把持能力に比較して大きな容量のアクチュエータ
を選定する必要があり、またこれによりロボットの自重
を増加させてしまうという問題があった。さらに第２図
ＣＢ）からも明らかなようにある角度で保持されている
腕を時計方向又は反時計方向に加速して動かす場合、重
力の方向に沿うか逆５かにより、その時アクチュエータ
が必要とする出力トルクが大きく変化し、その加速特性
が異なるという問題があった。このためアクチーエータ
のゲイン定数を時計方向加速の場合と反時計方向加速の
場合とで違える等の処置を行っているが、負荷変動が大
きい時はこれで充分な対策できず問題を残している。
トルクは零であるが、θ−９０°即ち腕が水平のときは
ａ＆なる。このように関節形ロボットでは腕の位置保持
のため、駆動用アクチュエータの選択にあたり、負荷の
保持・搬送（加速）トルクに加えて上記の様な腕の位置
保持トルクを加味−する必要がある。このためロボット
の部品把持能力に比較して大きな容量のアクチュエータ
を選定する必要があり、またこれによりロボットの自重
を増加させてしまうという問題があった。さらに第２図
ＣＢ）からも明らかなようにある角度で保持されている
腕を時計方向又は反時計方向に加速して動かす場合、重
力の方向に沿うか逆５かにより、その時アクチュエータ
が必要とする出力トルクが大きく変化し、その加速特性
が異なるという問題があった。このためアクチーエータ
のゲイン定数を時計方向加速の場合と反時計方向加速の
場合とで違える等の処置を行っているが、負荷変動が大
きい時はこれで充分な対策できず問題を残している。
本発明は上述の事情に鑑みて従来技術の欠点を解消すべ
く創作されたもので、その目的とする所はロボットアー
ムの自重を支承するためのアクチュエータの出力トルク
を軽減し得る方法を提供し、アクチュエータの小型化、
省エネルギー化に貢献しようとするものである。
く創作されたもので、その目的とする所はロボットアー
ムの自重を支承するためのアクチュエータの出力トルク
を軽減し得る方法を提供し、アクチュエータの小型化、
省エネルギー化に貢献しようとするものである。
上記の目的を達成するため、本発明はアームの垂直の姿
勢を基準姿勢としてこの基準姿勢からの回動角に比例し
て撓むバネ機構を設け、このバネがアームに与える反力
のトルクと、該アームの自重によって生じるトルクとを
拮抗させてアーム駆動用アクチュエータの出力トルクを
軽減せしめることを特徴とする。
勢を基準姿勢としてこの基準姿勢からの回動角に比例し
て撓むバネ機構を設け、このバネがアームに与える反力
のトルクと、該アームの自重によって生じるトルクとを
拮抗させてアーム駆動用アクチュエータの出力トルクを
軽減せしめることを特徴とする。
次に、本発明の一実施例を第３図乃至第５図について説
明する。
明する。
６ ・
第３図は本発明方法を実施するために構成したロボット
の一例における部分断面側面図、第４図は同部分断面正
面図である。
の一例における部分断面側面図、第４図は同部分断面正
面図である。
本例のロボットは第６図に示すように、ロボットの腕１
０、回転軸１１、回転軸を支持するペース部１５、腕の
駆動用アクチュエータ１６およびばね機構部１７よりな
る。
０、回転軸１１、回転軸を支持するペース部１５、腕の
駆動用アクチュエータ１６およびばね機構部１７よりな
る。
ばね機＃１１１７は第３図、第４図に示すようにペース
部１５に回転軸１１と同軸に取り付けられており、回転
軸１１σ月Ｏ］転に対し、反力を発生する圧縮コイルば
ね１８．１９、中間回転板２０、および固定板２１より
構成されている。なお、中間回転板２０は回転軸１１、
固定板２１に対して摺動自在となっている。ばね１８は
、図示するように腕１０と一体で回転する回転軸１１の
円周部より突出させたばね受け２２と中間回転板２０内
のばね受け２３間に配設し、ばね１９は中間回転板２０
のばね受け２４と固定板２１のばね受け２５間に配設し
である。
部１５に回転軸１１と同軸に取り付けられており、回転
軸１１σ月Ｏ］転に対し、反力を発生する圧縮コイルば
ね１８．１９、中間回転板２０、および固定板２１より
構成されている。なお、中間回転板２０は回転軸１１、
固定板２１に対して摺動自在となっている。ばね１８は
、図示するように腕１０と一体で回転する回転軸１１の
円周部より突出させたばね受け２２と中間回転板２０内
のばね受け２３間に配設し、ばね１９は中間回転板２０
のばね受け２４と固定板２１のばね受け２５間に配設し
である。
以下、本構成における作用について説明する。
ロボットの腕１０が矢印入方向（ばね機構からみて時計
方向）に回転すると、回転軸１１も同じたけ回転する。
方向）に回転すると、回転軸１１も同じたけ回転する。
すると回転軸１１上のばね受け２２によりばね１８が撓
み、回転軸１１を元に戻す反力が発生する。この時はね
１９は中間回転板２０が動かないため、回転軸１１に対
して反力は発生しない。
み、回転軸１１を元に戻す反力が発生する。この時はね
１９は中間回転板２０が動かないため、回転軸１１に対
して反力は発生しない。
ばね１８の反力による反時計方向のモーメントとハンド
等を含めた腕１０の重量による時計方向のモーメントが
等しくなる様にすれば、腕１０は無重力状態と等価とな
り、わずかの力で時計方向、又は反時計方向へ動かすこ
とができる。
等を含めた腕１０の重量による時計方向のモーメントが
等しくなる様にすれば、腕１０は無重力状態と等価とな
り、わずかの力で時計方向、又は反時計方向へ動かすこ
とができる。
第５図（Ａ）は前掲の第２図（３）の図表上に上記のば
ねによる反力トルクを追記した図表である。
ねによる反力トルクを追記した図表である。
腕１００重量による時計方向の回転モーメントは山θの
関数となるため、はね１８による反力のモーメントを、
腕１０の回転角全域にわたって等価とすることは困難で
ある。第５図［Ｆ］）は上記双方のモーメントの差を表
わした図表である。ばね１８による反力がθに比例する
としても、これと腕１０の重量によるモーメントの差Δ
Ｔは小さい為、腕１０の位置保持に要するアクチェエー
タの出力トルクは小さくて済む。同様にして腕１０が垂
直状態から反時計方向Ｂへ回転した場合は、回転軸１１
は中間回転板２０と一体に回転するため、ばね１９を撓
ませる。このばね１９の反力によるモーメントの大きさ
を前述のばね１８による場合と同様に選定すれば腕１０
は垂直状態から時計方向。
関数となるため、はね１８による反力のモーメントを、
腕１０の回転角全域にわたって等価とすることは困難で
ある。第５図［Ｆ］）は上記双方のモーメントの差を表
わした図表である。ばね１８による反力がθに比例する
としても、これと腕１０の重量によるモーメントの差Δ
Ｔは小さい為、腕１０の位置保持に要するアクチェエー
タの出力トルクは小さくて済む。同様にして腕１０が垂
直状態から反時計方向Ｂへ回転した場合は、回転軸１１
は中間回転板２０と一体に回転するため、ばね１９を撓
ませる。このばね１９の反力によるモーメントの大きさ
を前述のばね１８による場合と同様に選定すれば腕１０
は垂直状態から時計方向。
反時計方向のいずれに回転しても、無重力に近い状態に
出来、位置保持トルクが小さくて所むことになる。なお
図よりも明らかな様にばね１９が作用する時は、回転軸
１１と中間回転板２０は一体となって回転するため、は
ね１８は回転軸１１に対して反力を及ぼさない。
出来、位置保持トルクが小さくて所むことになる。なお
図よりも明らかな様にばね１９が作用する時は、回転軸
１１と中間回転板２０は一体となって回転するため、は
ね１８は回転軸１１に対して反力を及ぼさない。
第６図（Ａ）は、本発明方法を実施するために構成した
ロボットで、前記と異なる一例の正面図、第６図ＣＢ）
は同じく側面図である。図示の構成部分はベース部に設
けてあり、１１は腕１０に固着した回転軸である。ねじ
りコイルバネ６０は回転軸１１に外嵌してあり、その一
端３２は回転軸１１のフランジ面に配設したビン３４を
迂回して固定板３５に取付けたビン６６に引掛けられて
いる。又他のコイル端６３はビン３４ 、３６に対して
コイル端６２と対称に配置するようにし、ビン６６に引
掛けられている。
ロボットで、前記と異なる一例の正面図、第６図ＣＢ）
は同じく側面図である。図示の構成部分はベース部に設
けてあり、１１は腕１０に固着した回転軸である。ねじ
りコイルバネ６０は回転軸１１に外嵌してあり、その一
端３２は回転軸１１のフランジ面に配設したビン３４を
迂回して固定板３５に取付けたビン６６に引掛けられて
いる。又他のコイル端６３はビン３４ 、３６に対して
コイル端６２と対称に配置するようにし、ビン６６に引
掛けられている。
回転軸１１が時計方向（図中のＡの方向）に回転すると
ビン３４も回転する。ねじりコイルばね６０は一端３２
をビン５６に固定され、他端６３がビンＭと一体で回転
するため該ばねのねじりによる反力がビン６４に作用す
る。これによるモーメントにより前記の実施例と同様の
効果を発生させることができる。
ビン３４も回転する。ねじりコイルばね６０は一端３２
をビン５６に固定され、他端６３がビンＭと一体で回転
するため該ばねのねじりによる反力がビン６４に作用す
る。これによるモーメントにより前記の実施例と同様の
効果を発生させることができる。
以上の二側のごとく構成したロボットを用いて本発明方
法を実施すると、その効果は腕を垂直に直立させた基準
の姿勢からプラスマイナス９０°の範囲に限られるが、
通常の関節形ロボットの上腕、前腕の可動範囲は上記の
角度内であるため、実用上支障となることはない。
法を実施すると、その効果は腕を垂直に直立させた基準
の姿勢からプラスマイナス９０°の範囲に限られるが、
通常の関節形ロボットの上腕、前腕の可動範囲は上記の
角度内であるため、実用上支障となることはない。
またばねを設置するに際し適度なプリロードをかけた方
が良い場合もあるが、これは、はね又は取付場所の工夫
により任意に設定できることはいうまでもない。
が良い場合もあるが、これは、はね又は取付場所の工夫
により任意に設定できることはいうまでもない。
７ ・
また、本発明の方法を実施する場合、腕の回転運動に対
してダンパ効果を持たせたいとぎは第７図に示すように
、回転軸１１の周囲に密閉したオイル室４０を設け、回
転軸１１にスィーパ４１を固着するとともに絞り板４２
を適宜に配設すれば良い。
してダンパ効果を持たせたいとぎは第７図に示すように
、回転軸１１の周囲に密閉したオイル室４０を設け、回
転軸１１にスィーパ４１を固着するとともに絞り板４２
を適宜に配設すれば良い。
以上詳述し７たように、本発明のアームの自重による負
荷トルク軽減方法を適用すると、ロボットアームの自重
を支承するためのアクチュエータの出力トルクを軽減す
ることができるので、アクチュエータの小型化、省エネ
ルギー化に夏献するところ多大である。
荷トルク軽減方法を適用すると、ロボットアームの自重
を支承するためのアクチュエータの出力トルクを軽減す
ることができるので、アクチュエータの小型化、省エネ
ルギー化に夏献するところ多大である。
第１図は関節形ロボットの概要的な機構説明図、第２図
（Ａ＞は同じく模型図、第２図（Ｂ）は同じく保持トル
クを示す図表である。第３図は本発明方法を実施するた
めに構成したロボットの一例における部分断面側面図、
第４図は同部分断面正面図である。第５図（イ）、（Ｂ
）は本発明の詳細な 説明するための図表である。第６図は本発明を実施する
ために構成した、上記と異なるロボットの一例の一部分
を示し、同図（５）は正面図、同図（Ｂ）は側面図であ
る。第７図は本発明の実施に際して併用するダンパの一
例を示す断面図である。 １０・・・ロボットの腕、１１・・・腕の回転軸、１８
．１９・・・圧縮コイルばね、２０・・・中間回転板、
２１・・・固定板、 ３０・・・ねじりコイルばね。 第 ７図 （Ａ） （β） 第３厘 第４図 第 乙 ｍコ （’、４） （Ｂ） ／／ ＨＡ 第 ７ 図 １／
（Ａ＞は同じく模型図、第２図（Ｂ）は同じく保持トル
クを示す図表である。第３図は本発明方法を実施するた
めに構成したロボットの一例における部分断面側面図、
第４図は同部分断面正面図である。第５図（イ）、（Ｂ
）は本発明の詳細な 説明するための図表である。第６図は本発明を実施する
ために構成した、上記と異なるロボットの一例の一部分
を示し、同図（５）は正面図、同図（Ｂ）は側面図であ
る。第７図は本発明の実施に際して併用するダンパの一
例を示す断面図である。 １０・・・ロボットの腕、１１・・・腕の回転軸、１８
．１９・・・圧縮コイルばね、２０・・・中間回転板、
２１・・・固定板、 ３０・・・ねじりコイルばね。 第 ７図 （Ａ） （β） 第３厘 第４図 第 乙 ｍコ （’、４） （Ｂ） ／／ ＨＡ 第 ７ 図 １／
Claims (1)
- 関節形ロボットのアームにおいて、該アームの垂直の姿
勢を基準姿勢としてこの基準姿勢からの回動角に比例し
て撓むバネ機構を設け、このバネがアームに与える反力
のトルクと、該アームの自重によって生じるトルクとを
拮抗させて、アーム駆動用アクチュエータの所要トルク
を軽減させることを％徴とする、ロボットアームの自重
による負荷トルクの軽減方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13943483A JPS6034286A (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | ア−ムの自重による負荷トルク軽減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13943483A JPS6034286A (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | ア−ムの自重による負荷トルク軽減方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6034286A true JPS6034286A (ja) | 1985-02-21 |
| JPH0471672B2 JPH0471672B2 (ja) | 1992-11-16 |
Family
ID=15245101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13943483A Granted JPS6034286A (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | ア−ムの自重による負荷トルク軽減方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6034286A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63100183U (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-29 | ||
| JP2008200790A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Kobe Steel Ltd | 関節機構 |
| WO2019054464A1 (ja) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | Ｇｒｏｏｖｅ Ｘ株式会社 | コミカルに動作するロボットおよびその構造 |
| CN110834324A (zh) * | 2018-08-15 | 2020-02-25 | 纳博特斯克有限公司 | 旋转保持装置和机器人 |
| JP2020028969A (ja) * | 2018-08-15 | 2020-02-27 | ナブテスコ株式会社 | 回転保持装置及びロボット |
| US20200189125A1 (en) * | 2017-06-29 | 2020-06-18 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Robot joint structure |
| US20220226984A1 (en) * | 2021-01-15 | 2022-07-21 | Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. | Legged robot and leg assembly thereof |
-
1983
- 1983-08-01 JP JP13943483A patent/JPS6034286A/ja active Granted
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63100183U (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-29 | ||
| JP2008200790A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Kobe Steel Ltd | 関節機構 |
| US20200189125A1 (en) * | 2017-06-29 | 2020-06-18 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Robot joint structure |
| US11787068B2 (en) * | 2017-06-29 | 2023-10-17 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Robot joint structure |
| WO2019054464A1 (ja) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | Ｇｒｏｏｖｅ Ｘ株式会社 | コミカルに動作するロボットおよびその構造 |
| GB2580832A (en) * | 2017-09-15 | 2020-07-29 | Groove X Inc | Comically moving robot and structure thereof |
| GB2580832B (en) * | 2017-09-15 | 2022-04-06 | Groove X Inc | Robot that acts comically, and structure thereof |
| US11712796B2 (en) | 2017-09-15 | 2023-08-01 | Groove X, Inc. | Robot that acts comically, and structure thereof |
| CN110834324A (zh) * | 2018-08-15 | 2020-02-25 | 纳博特斯克有限公司 | 旋转保持装置和机器人 |
| JP2020028969A (ja) * | 2018-08-15 | 2020-02-27 | ナブテスコ株式会社 | 回転保持装置及びロボット |
| US20220226984A1 (en) * | 2021-01-15 | 2022-07-21 | Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. | Legged robot and leg assembly thereof |
| US11890756B2 (en) * | 2021-01-15 | 2024-02-06 | Beijing Xiaomi Robot Technology Co., Ltd. | Legged robot and leg assembly thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0471672B2 (ja) | 1992-11-16 |
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